【ジャッキ発電装置】 位置エネルギーの利用

質問

ビルの解体には、多くのジャッキが活躍します。
自由落下エネルギーを利用した「荷下ろし発電」というものがあるそうです。
位置エネルギーの利用でしょう。

ジャッキに、この発電装置を組み込むことは出来ないでしょうか。
出来そうな気がしてなりません。

車用の小さなジャッキでも、一旦持ち上げた車を下げる際の位置エネルギーで発電出来ないでしょうか。

それが可能なら、様々な箇所での位置エネルギー利用が考えられると思うのですが、どうでしょうか。

回答No.5

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
追加の質問をいただいていましたね。次のように回答いたします。
まあ、ポイントは結局は「コストとの戦い」ですが・・・。

私が、「正しいはず」と書いたのはまさにコストとの戦いです。
高いところにあるものが下がるときや、速度があるものが減速するときには必ずエネルギーが出ますので、それを回収しようとする考えは正しいのです。しかし、それとコストとの比較をした場合には「ダメ」という結論が出てしまう・・・という意味で、これに関するいろいろな発明が実用にならないのは結局この問題がほとんどといえるため、単純なアイディアから時代ごとの最先端技術まで、その回答を探しているといえるでしょう。
　（特に質問者さんの例に挙げられている”ビルの解体”では”発電しつつ安全性確保”の相乗的なコストもかさむ・・・）

たとえば「エレベーターのオモリ」は、最も単純でコストの上でも有利なので古くから使われてきました。（跳ね上げ井戸もその原理）
他方、「自動車が止まるときのエネルギーがもったいない」も古くからの考えですが、電車はともかく、自動車でこれが実用・普及するためには、高性能電池と高度な制御装置が安価に手に入る時代になるまで待たなければならなかったのですね。
（おまけに、現代はまだまだ石油系エネルギーが圧倒的に安くて・・あ、私が電力を乾電池で表現したのは、理解の単純化のためで、価格では比較してはいけないでしょう。3Whは、乾電池なら約50円（1本）ですが、家庭用電源では0.075円。ガソリン換算ではちょっと難しいですが0.5円くらいかな。高さ1mの自動車ジャッキの例についてはご理解のとおりで、エネルギーは取り出せるが大した量ではないことを示唆しています。）

私が、「用途の広い回収機構があれば良いのだが」と書いたのも、いろいろなエネルギー回収を別々の装置で行ったのでは機構を購入するコストが回収できないので、家庭内などでは同じ機構を共用して稼働率を上げたり、同じ設計の装置を大量に生産・使用できるようにして単価を下げられないかとの焦りからです。

たぶん、私も、質問者さんと同じタイプの人間だと感じており、かねてから「エネルギーがもったいない」との意識が頻繁に浮かんでしまいます。
その意味では、子供の頃から夢だった「屋根を焼いているお日様の光がもったいない」点では自宅に太陽電池を付け（一部には太陽熱温水器も。ついでの雨水をトイレに使用する構造も（笑））ましたし、ハイブリッドカーはまだですが、もう手が届く範囲になったので「車が止まるエネルギーがもったいない」も満たされそうです。立体駐車場の車のエネルギーももったいないですが、これもハイブリッドカーなら回収できるほか、一部のエレベータ式駐車場は、オモリの原理に近い、おろす車のエネルギーの一部を他の車を持ち上げるのに利用する構造になっています。これは、人間が階段で上り、降りるときのエネルギーを他の物を持ち上げるのに利用しようという質問者さんのアイディアとも通じるものがあるでしょう。

そんな中で、今私がとてももったいないと思っているのが「ごみ燃焼」。毎日膨大なエネルギーが排出されており、一部では試験的発電施設もありますが、実用・普及には程遠く、これにはコストの問題のほか、周辺住民の反対等で焼却場の建設に大きな制限が加わっているらしいことを聞くと、悲しい限りです。（原発に反対する人（私も賛成ではないですが）は、実は焼却場にも反対（泣））

さてさて、私の思いも重なって長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
ご参考になれば幸いです。

お礼

補足をこちらで、もう少しさせてください。

＞峠から下りてくる際には「下がるエネルギー」を回収したことになります。
これは最近まで、「すべて捨てられていたエネルギー」です。

長い下り坂に、ピアノの鍵盤のようなエネルギー回収機構を敷き詰めれば、どうでしょうか。
通過車両数十万台は、一日数百台から数万台とします。

＞「用途の広い回収機構があれば良いのだが」
＞いろいろなエネルギー回収を別々の装置で行ったのでは機構を購入するコストが回収できないので、家庭内などでは同じ機構を共用して稼働率を上げたり、同じ設計の装置を大量に生産・使用できるようにして単価を下げられないかとの焦りからです。

これら難点をクリアーできるのではありませんか。
「いろいろな」は、定位置での車の位置エネルギーだけになり、それ程コストが掛からない装置で、繰り返し、発電でき、しかも、「長い下り坂」は、全国至る所に存在し、同じ設計の装置を大量に生産・使用できるようにして単価を下げることもできるのではないでしょうか。

補足

＞峠から下りてくる際には「下がるエネルギー」を回収したことになります。
これは最近まで、「すべて捨てられていたエネルギー」です。

長い下り坂で位置エネルギーを回収する方法を考えてみました。

ジャッキ様のもの（発電機）を下り坂に車の走行に支障ないように幾つも置きます。
落差は、発電機自体の上下する箇所の高さになるでしょうか。
一日数十万台の車が通過します。
車にとってもエンジンブレーキの補助になるのではないでしょうか。

これで、回収できませんか。
コストも、いくらも掛からないと思うのですが。

回答No.4

joshua01

こんにちは。おもしろい質問ですね。実のところ、いろいろな方がチャレンジしている課題でもあり、ご自身でも調査されて徐々にご理解になっておられるようですね。
多少のまとめを含めて次のようなコメントではいかがでしょう。
ポイントは、「物体を下ろすときのエネルギーは実は意外に少ない。また、用途の広い回収機構があれば良いのだが・・・」

まず、エネルギーの量を計算してみましょう。
例えば、１ｔの自動車を、整備工場用の大型ジャッキで1mの高さに上げた場合。
大変なエネルギーに思えますが、エネルギーに換算すると、約10000J（ジュール）。これは電力では約３Wh（ワットアワー）ですが、これは、概ね単三乾電池1本分であり、さらには、蛍球（夜に寝るときに点けておく小さな電球）の約40分のエネルギーです。
思ったより小さいとお感じではないしょうか。
（なお、現在、家庭の電気料は、1000Whで約25円です（泣））

もし、このように個々のエネルギーが小さいならば、これらを「かき集めよう」と思うのは当然です。しかし、「下がる物体」の種類や動作は複雑で、一つの装置で多くの動作からエネルギーを回収できるなかなか良い方法がなくて困っています。
（家庭内でも、２階から下りてくる息子の体重、雨樋からの雨水、2階のベランダから下ろす洗濯物等の「下がるエネルギー」を一つの単純かつ高効率の装置で回収できれば良いのですが・・・。カムやベルト、テコの機構や自転車用発電機から圧電素子、いろいろな方法も考えられていますがなかなか・・）

さて、しかし、この発想は基本的には正しいはずです。いろいろ考えてみましょう。一部は現に実用化しています。

ご存知のようですが典型例がハイブリッドカーですね。。これは「止まる」エネルギーを発電で再回収していますが、峠から下りてくる際には「下がるエネルギー」を回収したことになります。これは最近まで、「すべて捨てられていたエネルギー」です。
（時速36kmの自動車が赤信号で１回停止するまでのエネルギーは約50000J。最大で単三電池5本分が無駄になっており、回収できれば再加速の際に利用できる。もっとも実は発電というのは意外に効率が悪く、機械構造や発電機の損失を合計すると、2割～４割を失ってしまい・・。）

また、エネルギーの再回収は発電だけではありませんね。
多くのエレベータは、”箱”を下げるロープの先が滑車を通じてオモリにつながっており、乗客の下がるエネルギーでオモリを持ち上げ、次に乗客を上昇させる際に補助として利用しています。
（大型クレーンの一部には同様の機構がついているらしい。なお、一部のエレベータはオモリを”箱”より重くしてあり、誰も乗っていない箱なら、上昇時には電力を使わないが、これを下降させるとかえって電気を食うことになるそうな。）
　また、大型ジャッキの一部は、タンクに入れた空気圧で動作しており、持ち上げた自動車が下がる際にはそのエネルギーの一部を空気圧として回収して次回の上昇に使用しているようです。
・・・とその気で見ると、”閉じるときのエネルギーを使って開く傘（いわゆる自動傘）、踏み板を踏んだ重さでドアが開く自動ドア・・・意外に利用されており、まだまだ工夫の余地もあるかも知れません。
　私の思いつきとしては、家庭用ジャッキには強力なスプリングを入れておき、いったん車を持ち上げたら、それをおろすときのエネルギーでスプリングを縮めて保管するようにすると、次回以降は軽い力で車をもちあげることができる・・・というのはいかがでしょう（笑）

さてさて長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
ご参考になれば幸です。

お礼

私が、これは、と思う事ですが、どんなものでしょう。

１。多層階立ての立体駐車場に停めてある車の位置エネルギーを回収する。

２．人間（２人で１００キロ）は自分の足で階段を上り、荷物（５０キロ）は、貨物用の回収エネルギーエレベーターで上げる。

３．２回、階段を上れば、１回は人動（位置エネルギー）エレベーターが利用できる。

No.1の方の回答についてですが。
　補足枠、お礼枠を使ってしまったので、こちらで書かせて頂きたいのですが。

＞雨が落ちて来れば位置エネルギーです。長期なら石に穴をうがつほどですし。
上空にある雨粒の位置エネルギーではなく、ダム湖、貯水池に溜められた水の、落差の位置エネルギーじゃないでしょうか。

石に穴をうがつのは、衝突エネルギーによるものはなく、ミネラル？などを含む水との長期に亘る化学反応？によるものではないのでしょうか。

＞人が生きていれば体熱を放出します。回収すれば発電できるでしょうけど、体熱を奪うので冷えるでしょうねぇ。

この自然の発熱体（人体）による発熱を、外気に放出することなく、最大限に活かすことが出来れば、暖房機器要らずとなるのではないでしょうか。
昨日、買ってきた上着はほぼ正解でした。
使い捨てカイロも発熱量を半減させたおかげで、外出時、胸ポケットと尻ポケットの二ヶ所に入れることが出来ています。

補足

ご回答有難うございます。

＞いろいろな方がチャレンジしている課題

既に、現場レベルで一つの分野があるということですね。

＞物体を下ろすときのエネルギーは実は意外に少ない。

物体を下ろすのにも、エネルギーが必要というように読めるのですが、違いますよね。

＞用途の広い回収機構があれば良いのだが・・・

ここのところが、一寸意味がよく分からないのですが。

＞１ｔの自動車を、整備工場用の大型ジャッキで1mの高さに上げた場合。
大変なエネルギーに思えますが、エネルギーに換算すると、約10000J（ジュール）。これは電力では約３Wh（ワットアワー）ですが、これは、概ね家庭の電気料は、1000Whで約25円です。

1メートルの高さにある自家用車１台の位置エネルギーが、単三乾電池1本分に相当する、蛍球（夜に寝るときに点けておく小さな電球）を約40分点灯させる、となりますか。

＞この発想は基本的には正しいはずです。

「筈です。」というのは、ひょっとしたら、誤解があるかも知れない、ということですか。

＞時速36kmの自動車が赤信号で１回停止するまでのエネルギーは約50000J。最大で単三電池5本分が無駄になっており、回収できれば再加速の際に利用できる。

市中を車で半日乗れば、何回、信号待ちするでしょう。
100回するとして、1万円もの無駄使いですか。
何としても、回収する方法を考えなければならないと思うのですが。

＞実は発電というのは意外に効率が悪く、機械構造や発電機の損失を合計すると、2割～４割を失ってしまい・・。

５割も回収できるなら、効率として、言うことないのじゃないですか。

＞閉じるときのエネルギーを使って開く傘（いわゆる自動傘）

閉じるエネルギーとは別に、スプリングのためにエネルギーを使っていませんか。

＞家庭用ジャッキには強力なスプリングを入れておき、いったん車を持ち上げたら、それをおろすときのエネルギーでスプリングを縮めて保管するようにすると、次回以降は軽い力で車をもちあげることができる。

「それを下ろすときのエネルギーでスプリングを縮めて保管するようにすると」、の部分ですが、車の位置エネルギーで、ということですね。
このアイデアは、ひょっとしたら、いけるのじゃないかなと、私も思うのです。

ただ、高層ビルの解体現場での「ジャッキ発電機構想」は、それこそ、僅かでもバランスを崩すと大惨事になりますから、可能であっても、止めておいた方がよさそうですね。

回答No.3

ts3m-ickw

可能でしょうけど、ジャッキを上げるのにもエネルギーが必要であることを失念してます。

お礼

補足に、ご回答の読み違いがあったようですので、こちらで補足投稿をさせていただきます。

＞ジャッキを上げるのにもエネルギーが必要であることを失念してます。

この「ジャッキを上げるのにもエネルギーが」
このエネルギーは、どちらにしても必要です。

足踏みのジャッキで車体を持ち上げ、パンク修理の作業が終わった後、地面に降ろす際の車体の地面からの高低差、僅か５０cm程ですが、その車体の位置エネルギーを電気エネルギーに変換しよう、ということなのです。

高層ビルの上層階から解体を始める現場では、最上階の一階下の階からになるでしょうか、解体する階の床にジャッキを据え付け、ジャッキの上部を上げて（この際のエネルギーは、どうしても必要です。）上層階（何トンになるでしょうか）を支え、その後、徐々に上層階を徐々に降ろしていくのですから、高低差５メートル位？の何トンもの建物の位置エネルギーです。
それを何度も繰り返すことになりますね。

（逆に考えると、この位置エネルギーは、何トンもの物体を５メートルの高さまで上げるだけのエネルギーに相当すると思うのですが。　ここに勘違いがあるのでしょうか。）

補足

解体工法には、高層階からと下層階からするやり方があるそうですが、
下層階から始める場合でも、ということですか。

回答No.2

tetsumyi

できますよ。
と言うか、古くから位置エネルギーを利用した発電で最も大規模発電は水力発電です。
水量を調整して必要に応じて発電できますし、燃料代が掛からないで安定的な発電ができますので昔は中心となる発電でした。

荷降しやジャックでの発電は相当量の蓄電が必要になりますし、発電機を組み込んで装置の価格が２倍３倍になるのであれば購入する人はいなくなります。
売れない物、利益が余り見込めない物はメーカーは製造しません。

お礼

補足で書き損じましたので、こちらで補足投稿をさせていただきます。

＞荷降しやジャックでの発電は相当量の蓄電が必要

発電機を稼動するための電力量、それとも、発電後の電気を蓄える蓄電池の大型化という意味でしょうか。
相当の余剰電力が出るということでしたら、即、売電できませんか。

補足

ご回答有難うございます。
じっくり考えておりました。

小さくは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換できる自転車の「ハブ発電機」といったものを想像しています。
どのサイトであったか、確か、高層ビル解体現場では、荷降ろしの際の自由落下エネルギーを電気エネルギーに変換して、現場で動かす重機の動力や照明や散水に利用し、３０パーセント程？電気代の節約になった、と書いてましたね。

省エネという大きな利益が出るのではないですか。

回答No.1

seble

発電はできると思いますが、それを実用的に利用する事ができないと思います。
発電量もほんの少しです。発電機器を製造する分を回収するだけでも何年もかかりそうですね。
圧電素子みたいなものが高効率化され、なおかつ無線送電みたいなものが高効率で実用化されでもしない限り、SFレベルと思います。
そのような形で放出されるエネルギーは無限にあります。
雨が落ちて来れば位置エネルギーです。長期なら石に穴をうがつほどですし。
人が生きていれば体熱を放出します。回収すれば発電できるでしょうけど、体熱を奪うので冷えるでしょうねぇ。
回収不可能というか、回収されてしまうと自然環境への影響も考えるべきかと。
太陽光発電も、本来は熱などになる部分を電気にしてしまうので、その地域への気候へほんの少し影響を与えます。
温暖化を相殺できるかもしれませんが、大規模になると影響は予測不可能です。

お礼

＞圧電素子

これについては、もう少し勉強してみます。
有難うございました。

補足

早々の回答をありがとうございます。
単純に考えて、ジャッキで持ち上げた車一台の位置エネルギー全てを電気エネルギーに変えられれば、その電気エネルギーは同じ重量の車を持ち上げられるだけのエネルギーになるのではないか、と考えた次第です。
効率、ロスによって、たとえ１０分の１になると計算しても、結構な数値になるのではないか、と。
１０台分の位置エネルギーは、１台分持ち上げに利用できることになります。

同じような原理になるでしょうか、運動エネルギーを発電に利用する「回生ブレーキ」という名で自動車や列車などで、早くから利用されていることを、質問投稿後に、検索出来ました。
ハイブリッドカーや電動自転車などで、その仕組みがよく分かりませんが、やはり、運動エネルギーを電気エネルギーに変えているのですね。

結局、効率、費用対効果の問題になってしまうのですね。

高層ビルの建て替え需要による、建設ラッシュならぬ解体ラッシュの時代が来そうです。
【ジャッキ発電装置】が出来れば、都市鉱山と言うのでしょうか、エネルギー資源が大都市に豊富に埋蔵していることになりませんか。

太陽光発電の件ですが、
現在既にメガソーラーが稼動している広大な敷地の気候が、どの位の影響を受けているか、計り知れませんね。
地域の気温は、どの位下っているのでしょう。
たとえば、パネルで地上が完全に覆い尽くされてしまえば、その下は、真っ暗闇の世界、生き物の棲息出来ない死の世界になってしまうのじゃないか、と考えたりします。